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¿Existe un límite superior publicado para el momento cuadrupolar eléctrico del electrón?

Tengo entendido que el momento cuadrupolar eléctrico está prohibido en la teoría estándar de los electrones. En este documento considerando las correcciones relativistas generales (métrica de Kerr-Newman alrededor del electrón), sin embargo, se afirma que podría ser del orden de $Q=-124 \, \mathrm{eb}$ . Eso me parece una locura, pero no encuentro ningún límite superior publicado que lo refute. ¿Seguro que alguien ha probado esto? ¿Quizás esté escondido en algún dato del momento dipolar? Si no es así, ¿alguien tiene previsto medirlo pronto?

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Nick Puntos 583

Creo que el documento es completamente erróneo y las conclusiones son absurdas. El artículo argumenta que cuando uno modela la vecindad del electrón como un agujero negro en rotación, obtendrá nuevos efectos.

Sin embargo, el agujero negro correspondiente a la masa del electrón -que es mucho más ligera que la masa de Planck- tendría un radio mucho menor que la longitud de Planck. Esto significa realmente que no se puede confiar en la acción de Einstein-Hilbert y que todas las correcciones cuánticas son importantes. También implica que la escala de distancia típica en cualquier momento cuadrupolar eléctrico hipotético del electrón sería mucho más corta que la escala de Planck - seguramente no un femtómetro. Además, los agujeros negros con masas, cargas y espines similares a los de los electrones violarían fuertemente el límite de extremidad -algo que no es un problema porque la teoría general clásica de la relatividad no es fiable para sistemas tan pequeños.

Los hechos de los párrafos anteriores no son más que diferentes perspectivas sobre el hecho universal de que la gravedad puede ser despreciada en cualquier física de partículas observable, hecho que el autor del artículo trata de negar.

Prueba de la desaparición del momento cuadrupolar

Más seriamente, se puede demostrar a partir de la mecánica cuántica que el momento cuadrupolar para un electrón, una partícula de espín 1/2, tiene que desaparecer debido a la simetría rotacional. El momento cuadrupolar es un tensor simétrico sin traza y como el espín del electrón es el único número cuántico de la partícula que rompe la simetría rotacional, habría que expresar el momento cuadrupolar en función del espín, es decir, como $$ Q_{ij} = \gamma\cdot (3S_i S_j+3S_j S_i - 2S^2 \delta_{ij}) $$ Sin embargo, en el marco del descanso, $S_i$ actúan simplemente como múltiplos de las matrices de Pauli (con respecto a los vectores base arriba/abajo del espín del electrón) y el anticomutador $\{S_i,S_j\}$ anterior -necesario para la simetría del tensor- no es más que el múltiplo del símbolo del delta de Kronecker, por lo que se cancela contra el último término. $Q_{ij}=0$ para todos los objetos de espín 1/2 (y de forma similar, por supuesto, para todos los objetos de espín 0). Sólo las partículas (núcleos) con el espín al menos igual a $j=1$ (el caso del deuterón) puede tener un momento cuadrupolar eléctrico no nulo. Esta simple regla de selección teórico-grupal es la razón por la que no encontrarás ningún experimento que intente medir el momento cuadrupolar eléctrico del electrón (o del protón o del neutrón u otras partículas de espín 1/2). Tales experimentos serían tan absurdos como el documento citado por el OP.

Nótese que, a diferencia del caso del momento dipolar del electrón, no hay que basarse en ninguna simetría C, P o CP (que se rompen) para demostrar que el cuadrupolo desaparece. Para negar la desaparición, habría que rechazar la simetría rotacional.

Permítanme terminar diciendo que el momento cuadrupolar puede interpretarse siempre como una "forma elíptica" del objeto o partícula. Este elipsoide se estiraría a lo largo de algunos ejes y se encogería a lo largo de otros. Sin embargo, el estado de spin-up y spin-down del electrón realmente elige el mismo eje preferido en el espacio -el signo no importa para el cuadrupolo- por lo que no pueden tener valores diferentes del momento cuadrupolar. En otras palabras, el momento cuadrupolar no depende del espín, y como el espín es el único número cuántico que rompe la simetría rotacional que tiene el electrón, el momento cuadrupolar tiene que ser cero. (Una prueba sin matriz de Pauli).

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Sí, soy consciente de su prueba. El documento lo ignora como una derivación del espaciotiempo plano. El artículo tampoco afirma que los electrones sean agujeros negros, sino que la métrica de Kerr-Newman es una aproximación a una escala de longitud finita. Aunque estoy de acuerdo en que la afirmación parece absurda, mi pregunta era más bien del lado experimental. ¿Se ha realizado esto como una "comprobación de consistencia" de la MC o como una ilustración de la escala de longitud en la que la RG se rompe?

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Estimado Grant, estos comentarios no tienen ningún sentido. Mi prueba no hace ninguna suposición de que el espacio sea plano. Es completamente universal - sólo supone que se pueden definir generadores de rotaciones. Para ello, desde el punto de vista de la RG, basta con que el espacio sea plano asintóticamente en el infinito, infinitamente lejos del electrón, y seguramente lo es. Esa es también la razón por la que podemos hablar de estados de espín del electrón en absoluto: se transforman como representaciones de los generadores.

5 votos

Sigues sin entender cómo completamente equivocadas esas afirmaciones. Ni siquiera puedes diseñar un efecto hipotético que se pueda ver en un experimento. Esto es lo que muestra la prueba. No hay ninguna estructura algebraica que se interprete como momento cuadrupolar del electrón y que influya en las observaciones de forma medible. Es matemáticamente absurdo intentar medir tal momento cuadrupolar - al igual que es absurdo medir la desviación de 2+3 respecto a 5; ¿cómo se podría medir eso? Se puede probar es cero.

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Rob cairns Puntos 11

Esta pregunta está lógicamente relacionada con la pregunta "¿cuál es el radio del electrón?"

En la QED canónica elemental, se supone apriori que el radio del electrón y que el radio del protón son cero. Para los protones, casi todo el mundo entiende ahora que esto era sólo una aproximación conveniente, no un mandamiento incontestable dado por Dios. Pero en los estudios sobre los protones (por ejemplo, véase Makhankov, Rybakov y Sanyuk, The Skyrme Model), se aprendió hace mucho tiempo que no hay un solo radio, sino que depende de cómo se sondee la partícula. Para el electrón, lo normal es decir que el radio no es mayor de 10* -22 (metros), como 10 *7 femtómetros, según recuerdo. Pero eso se basa en la medición de la fuente aparente del campo de Coulomb. Prasad y Sommerfield mostraron hace tiempo cómo un cuerpo extendido puede seguir teniendo una fuente de carga (en su ejemplo la carga magnética) que parece un punto exacto. La dispersión electrón-electrón de alta energía revela un patrón diferente, que claramente no puede ser explicado sólo por la QED con un radio de electrón nulo; se están haciendo esfuerzos para explicarlo usando la EWT, pero aún no están resueltos. Lógicamente los momentos cuadrupolares podrían ser otra forma de sondear el radio del electrón, pero no sé lo difícil que sería. Las matemáticas no descartan probar modelos alternativos, en el mundo real empírico, pero ¿alguien lo ha hecho seriamente para esta cantidad? No lo sé; es triste que una búsqueda rápida en Google nos lleve directamente a esta discusión, pero tal vez la búsqueda en Google Scholar o en Arxiv sea mejor...

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